專利名稱：紅外光譜儀非線性校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紅外光譜分析儀的非線性校正技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉 及一種紅外光譜儀非線性校正電路。
背景抆術(shù)
紅外光譜分析儀表是利用紅外光透過(guò)介質(zhì)時(shí)的吸收特性的一種儀表， 由于紅外光在被分析氣體中的衰減服從指數(shù)規(guī)律，儀表輸出特性呈現(xiàn)指數(shù) 型的特性。當(dāng)紅外光譜分析儀表用于微量或微/常董分析時(shí)，非線性不是 很嚴(yán)重，通過(guò)拋物線校正就可以取得滿意的結(jié)果。拋物線校正需要三個(gè)校 正點(diǎn)(零點(diǎn)、滿量程點(diǎn)和半量程點(diǎn))，故有兩個(gè)校正參數(shù)，很難在兩個(gè)參 數(shù)的平面上找出所需的參數(shù)值，調(diào)整每個(gè)參數(shù)都會(huì)影響半i程點(diǎn)和滿量程 點(diǎn)的輸出。
于是，就需要一種能夠?qū)t外光譜儀的非線性校正技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供一種簡(jiǎn)易的近似拋物線非線性校正技術(shù)，它只需 一個(gè)校正參數(shù)，適合于模擬電路，其數(shù)學(xué)模型也適合于單片機(jī)電路。
根據(jù)本實(shí)用新型，提供一種用于紅外光譜儀非線性校正電路，連接到
紅外光譜儀的零點(diǎn)/靈敏度校正模塊和電流輸出模塊之間，包括模擬乘 法器，零點(diǎn)/靈敏度校正模塊的輸出信號(hào)作為輸入電壓連接到模擬乘法器 的第一輸入端；第一集成運(yùn)算放大器，所述模擬乘法器的輸出端連接到第 一集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，第一集成運(yùn)算放大器的輸出經(jīng)電阻R1， 電阻R2分壓后連接到第一集成運(yùn)算放大器的反相輸入端；電位器，所述第 一集成運(yùn)算放大器的輸出連接到電位器的第一端，通過(guò)電位器的動(dòng)臂反餓 到模擬乘法器的第二輸入端，電位器的第二端連接到參考電壓；第二集成 運(yùn)算放大器，所述第一集成運(yùn)算放大器的輸出通過(guò)第二電位器和電阻R3 分壓，經(jīng)第二電位器的動(dòng)臂輸入到集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，第二集
成運(yùn)算放大器的輸出作為非線性校正電路的輸出，且第二集成運(yùn)算放大器 的輸出反饋到第二集成運(yùn)算放大器的反相輸入端。
根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述第二集成運(yùn)算放大器構(gòu)成閉環(huán)增益為 1的同相放大電路。
根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，第一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)2倍的同相放大。 在本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案中，采用了簡(jiǎn)單的電路就能實(shí)現(xiàn)對(duì)微 量或微/常量進(jìn)行校正，在校正中，簡(jiǎn)化了非線性校正過(guò)程，克服了傳統(tǒng)非 線性拋物線校正中很難在兩個(gè)參數(shù)的平面上找到所需要的參數(shù)值，以及在 調(diào)整每個(gè)參數(shù)時(shí)都會(huì)影響半量程點(diǎn)和滿量程點(diǎn)的輸出的缺點(diǎn)。實(shí)際使用表
明，本實(shí)用新型的非線性校正電路具有良好的校正能力，并且校正準(zhǔn)確。

在本發(fā)明中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中，
圖l是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的非線性校正電路的電路圖； 圖2是上述實(shí)施例的非線性校正電路的歸 一化輸入輸出特性圖。
具休實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。 本實(shí)用新型提供一種簡(jiǎn)易的近似拋物線非線性校正技術(shù)，它只需一個(gè)
校正參數(shù)，適合于模擬電路，也適合于單片機(jī)電路。
假定儀表已在零點(diǎn)/靈敏度校正模塊進(jìn)行了零點(diǎn)校正。插入的非線性
校正模塊的數(shù)學(xué)模型為
1 —/MX
式中丫=, ， x-^ ， m為非線性校正系數(shù)，在0 1之間取值，
r,、
因?yàn)閙、 X<1,~i~ = l + mx+(mx)2+(TOC)3+KK
y = (l-加X(jué)"2+......)
去掉3次方以上的髙次項(xiàng)，就是拋物線非線性校正.以上式中，Vi為 非線性校正模塊的輸入，r。為非線性校正模塊的輸出，Vfs為輸入輸出滿 量程值(5V)。
由式可見(jiàn)，無(wú)論m在0 l之間取何值，校正模塊輸入輸出特性都邇 過(guò)(0, 0)和(1， 1)兩點(diǎn)，增加m值，輸入輸出特性曲率增加。m-0 時(shí)，沒(méi)有非線性校正。
基于上述的原理，本實(shí)用新型首先提供一種用于紅外光譜儀非線性校 正電路，參考圖l，圖l示出了該種非線性校正電路的電路圖，
如圖l所示，該用于紅外光譜儀非線性校正電路連接到紅外光譜儀的 零點(diǎn)/靈敏度校正模塊(未示出)和電流輸出模塊(未示出)之間，通常， 電流輸出模塊是4/20mA電流輸出模塊，該非線性校正電路包括
模擬乘法器102，零點(diǎn)/靈敏度校正模塊的輸出信號(hào)作為輸入電壓Vi 連接到模擬乘法器的第一輸入端X，作為第一輸入端X的輸入電壓Vx;
第一集成運(yùn)算放大器202，模擬乘法器102的輸出端Z連接到第一集 成運(yùn)算放大器202的同相輸入端，Z端的輸出電壓Vzl作為第一集成運(yùn)算 放大器202的同相輸入端的輸入，第一集成運(yùn)算放大器202的輸出經(jīng)電阻 Rl (204),電阻R2 (206)分壓后連接到第一集成運(yùn)算放大器202的反相輸 入端；第一運(yùn)算放大器202實(shí)現(xiàn)2倍的同相放大；
電位器104，第一集成運(yùn)算放大器202的輸出連接到電位器104的第 一端a，通過(guò)電位器104的動(dòng)臂106反饋到模擬乘法器102的第二輸入端 Y，作為第二輸入端Y的輸入電壓Vy，電位器104的第二端b連接到參考 電壓Vref，在該實(shí)施例中，參考電壓Vref為+5V;
第二集成運(yùn)算放大器208，第一集成運(yùn)算放大器202的輸出Vz通過(guò)第 二電位器210和電阻R3 (212)分壓，經(jīng)第二電位器210的動(dòng)臂214輸入到 集成運(yùn)算放大器208的同相輸入端，第二集成運(yùn)算放大器208的輸出作為 非線性校正電路的輸出，且第二集成運(yùn)算放大器208的輸出反饋到第二集 成運(yùn)算放大器208的反相輸入端，第二集成運(yùn)算放大器208構(gòu)成閉環(huán)增益 為l的同相放大電路。
在圖l所示的實(shí)施例中，模擬乘法器102為AD633型，第一和第二集 成運(yùn)算放大器202和208為OP-07型
繼續(xù)參見(jiàn)圖l,設(shè)電位器104總電阻為RW,動(dòng)臂106到b端的電阻 為mRW,故模擬乘法器102第二輸入端Y的輸入電壓Vy為
AD633型模擬乘法器的輸入輸出關(guān)系為
<formula>formula see original document page 6</formula>
求解方程，得出第一集成運(yùn)算放大器202的輸出為
<formula>formula see original document page 6</formula>
因?yàn)? 7。=^ 非線性校正模塊的數(shù)學(xué)模型為
<formula>formula see original document page 6</formula>
(OSm<l)
非線性校正模塊的歸一化輸入輸出特性見(jiàn)圖2，圖2是非線性校正電 路的歸一化輸入輸出特性圖。
根據(jù)本實(shí)用新型，紅外光譜儀的校正步驟為
(1) 通入零點(diǎn)氣，調(diào)整儀表零點(diǎn)校正，使^=0;
(2) 通入滿量程標(biāo)準(zhǔn)氣，調(diào)整儀表靈敏度校正，使K-5F，調(diào)整第二 電位器的動(dòng)臂214到最大位置，這時(shí)r。也等于5K;
(3) 通入半量程標(biāo)準(zhǔn)氣，調(diào)整電位器104的動(dòng)臂106,使K。-2.5K, 便可完成非線性校正。
該電路的校正步驟除了上述的步驟之外，還應(yīng)當(dāng)注意 一般情況下，
紅外光譜儀滿量程標(biāo)定氣的濃度不取為滿量程值，約為滿量程值的85~ 95%左右。引入第二集成運(yùn)算放大器208、第二電位器210和電阻R3(212) 構(gòu)成的電路就是考慮到這種情況。作滿量程標(biāo)定時(shí)，調(diào)整儀表靈敏度校正> 使^-5K (見(jiàn)圖1),然后調(diào)整第二電位器210的動(dòng)臂214，使VO等于滿 量程標(biāo)定氣對(duì)應(yīng)的輸出(例如滿量程標(biāo)定氣為滿量程的90%，則調(diào)節(jié)第二 電位器210,使r。-5x鶴-4.5r )。
在本實(shí)用新型所釆用的技術(shù)方案中，采用了簡(jiǎn)單的電路就能實(shí)現(xiàn)對(duì)傲 量或傲/常i進(jìn)行校正，在校正中，簡(jiǎn)化了非線性校正過(guò)程，克服了傳統(tǒng)非 線性拋物線校正中很難在兩個(gè)參數(shù)的平面上找到所需要的參數(shù)值，以及在 調(diào)整每個(gè)參數(shù)時(shí)都會(huì)影響半量程點(diǎn)和滿量程點(diǎn)的輸出的缺點(diǎn)。實(shí)際使用表 明，本實(shí)用新型的非線性校正電路具有良好的校正能力，并且校正準(zhǔn)確。
權(quán)利要求1.一種紅外光譜儀非線性校正電路，其特征在于，連接到紅外光譜儀的零點(diǎn)/靈敏度校正模塊和電流輸出模塊之間，包括模擬乘法器(102)，零點(diǎn)/靈敏度校正模塊的輸出信號(hào)作為輸入電壓(Vi)連接到模擬乘法器的第一輸入端(X)；第一集成運(yùn)算放大器(202)，所述模擬乘法器(102)的輸出端(Z)連接到第一集成運(yùn)算放大器(202)的同相輸入端，第一集成運(yùn)算放大器(202)的輸出經(jīng)電阻R1(204)，電阻R2(206)分壓后連接到第一集成運(yùn)算放大器(202)的反相輸入端；電位器(104)，所述第一集成運(yùn)算放大器(202)的輸出連接到電位器(104)的第一端(a)，通過(guò)電位器(104)的動(dòng)臂(106)反饋到模擬乘法器(102)的第二輸入端(Y)，電位器(104)的第二端(b)連接到參考電壓(Vref)；第二集成運(yùn)算放大器(208)，所述第一集成運(yùn)算放大器(202)的輸出通過(guò)第二電位器(210)和電阻R3(212)分壓，經(jīng)第二電位器(210)的動(dòng)臂(214)輸入到集成運(yùn)算放大器(208)的同相輸入端，第二集成運(yùn)算放大器(208)的輸出作為非線性校正電路的輸出，且第二集成運(yùn)算放大器(208)的輸出反饋到第二集成運(yùn)算放大器(208)的反相輸入端。
2. 如權(quán)利要求l所述的非線性校正電路，其特征在于， 所述第二集成運(yùn)算放大器(208)構(gòu)成閉環(huán)增益為l的同相放大電路。
3. 如權(quán)利要求l所述的非線性校正電路，其特征在于， 第一運(yùn)算放大器(202)實(shí)現(xiàn)2倍的同相放大。
專利摘要一種紅外光譜儀非線性校正電路，連接到紅外光譜儀的零點(diǎn)/靈敏度校正模塊和電流輸出模塊之間，包括模擬乘法器，輸入連接到零點(diǎn)/靈敏度校正模塊；第一集成運(yùn)算放大器，同相輸入端連接到模擬乘法器，第一集成運(yùn)算放大器的輸出經(jīng)分壓后連接到第一集成運(yùn)算放大器的反相輸入端；電位器，第一端連接第一集成運(yùn)算放大器的輸出，并通過(guò)動(dòng)臂反饋到模擬乘法器，電位器的第二端連接到參考電壓；第二集成運(yùn)算放大器，第一集成運(yùn)算放大器的輸出通過(guò)分壓經(jīng)第二電位器的動(dòng)臂輸入到第二集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，第二集成運(yùn)算放大器的輸出作為非線性校正電路的輸出，且其輸出反饋到其反相輸入端。實(shí)際使用表明，該非線性校正電路具有良好的校正能力。
文檔編號(hào)G01N21/31GK201007707SQ200620047330
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者劉大平, 楊燦謙 申請(qǐng)人:上?；ぱ芯吭?br>